CN104742442A - 平流层浮空器蒙皮及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种平流层浮空器蒙皮及其制备方法。该蒙皮依序包括耐候层、第一阻气层、承力层及第二阻气层；其中，耐候层为ETFE层。乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)的使用温度范围广，在零下65℃～150℃之间，其脆化温度更是低至零下100℃，并具有很好的耐辐射性能和较高的抗剪切强度。上述平流层浮空器蒙皮以ETFE层作为平流层浮空器蒙皮的耐候层，能够大幅提高平流层浮空器蒙皮的耐候性能。
Description
技术领域
本发明涉及浮空器制造技术领域，具体而言，涉及一种平流层浮空器蒙皮及其制备方法。
背景技术
平流层浮空器是随着科学技术不断发展起来的一种新型近空间多功能飞行平台。它不同于飞行在航空层中的飞机、低空浮空器,也不同于工作在低轨道上的卫星,它有非常广泛军事及民用价值，例如在导弹防御、反恐、通信、遥感、空间观测和大气测量等方面都具有极大的应用价值。
蒙皮作为浮空器的主要结构，其性能的高低直接影响了浮空器的应用性能。平流层浮空器飞行高度一般在18～24km附近，该区域空气稀薄，密度大约是地表空气密度的1/14，大气压强在5.5kPa左右，平均风速为10m/s，最大风速可达40m/s，紫外线主要是UV-B，其频谱范围为290～360nm，紫外线、臭氧和高能粒子辐照强度要比低空环境强很多。平流层恶劣的空间环境对浮空器的蒙皮性能提出了更高的要求，尤其是对其耐候性具有严格的要求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种平流层浮空器蒙皮及其制备方法，以解决现有技术中平流层浮空器蒙皮耐候性不足的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种平流层浮空器蒙皮，其依序包括耐候层、第一阻气层、承力层及第二阻气层；其中，耐候层为ETFE层。
进一步地，上述承力层为PBO织物层。
进一步地，上述第一阻气层为镀铝PET层。
进一步地，上述第二阻气层为Tedlar薄膜层。
进一步地，上述耐候层与第一阻气层之间还设置有第一胶层；和/或第一阻气层与承力层之间还设置有第二胶层；和/或承力层与第二阻气层之间还设置有第三胶层；和/或第二阻气层下方还设置有热封层。
进一步地，上述第一胶层为热塑性聚氨酯层；和/或第二胶层为热塑性聚氨酯层；和/或第三胶层为热塑性聚氨酯层；和/或热封层为热塑性聚氨酯层。
进一步地，上述耐候层的厚度为10～30μm，第一阻气层的厚度为15～35μm，承力层的厚度为80～200μm，第二阻气层的厚度为10～35μm。
根据本发明的另一方面，还提供了一种平流层浮空器蒙皮的制备方法，其包括以下步骤：将耐候层、第一阻气层、承力层及第二阻气层依次叠放，热压形成平流层浮空器蒙皮。
进一步地，上述将耐候层、第一阻气层、承力层、第二阻气层及热封层依次叠放的过程中，还包括以下步骤：在耐候层与第一阻气层之间放置第一胶层固态预备层，和/或在第一阻气层与承力层之间放置有第二胶层固态预备层，和/或在承力层与第二阻气层之间放置有第三胶层固态预备层，和/或在第二阻气层下方放置热封层固态预备层，热压形成平流层浮空器蒙皮。
进一步地，上述将耐候层、第一阻气层、承力层、第二阻气层及热封层依次叠放的步骤之前，还包括：在耐候层下表面涂覆第一胶层液态预备层，和/或在第一阻气层下表面涂覆第二胶层液态预备层，和/或在承力层下表面涂覆第三胶层液态预备层，和/或在第二阻气层下方涂覆热封层液态预备层，热压形成平流层浮空器蒙皮。
进一步地，上述热压过程中，热压温度为80～180℃，热压压力为0.1～1mpa。
本发明提供了一种平流层浮空器蒙皮及其制备方法，乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)的使用温度范围广，在零下65℃～150℃之间，其脆化温度更是低至零下100℃，并具有很好的耐辐射性能和较高的抗剪切强度。以ETFE层作为平流层浮空器蒙皮的耐候层，能够大幅提高平流层浮空器蒙皮的耐候性能。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种实施方式中平流层浮空器蒙皮的结构示意图；以及
图2示出了根据本发明的另一种实施方式中平流层浮空器蒙皮的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术部分所介绍的，现有的平流层浮空器采用的蒙皮的耐候性较差。为了解决这一问题，本发明提供了一种平流层浮空器蒙皮，其中，如图1所示，该平流层浮空器蒙皮依序包括耐候层110、第一阻气层120、承力层130及第二阻气层140；其中，耐候层110为ETFE层。
乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)的使用温度范围广，在零下65℃～150℃之间，其脆化温度更是低至零下100℃，并具有很好的耐辐射性能和较高的抗剪切强度。以ETFE层作为平流层浮空器蒙皮的耐候层，能够大幅提高平流层浮空器蒙皮的耐候性能。
在一种优选的实施方式中，上述承力层130为PBO织物层。
聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维作为“21世纪的超级纤维”具有超高的比强度和比模量。以PBO织物层作为平流层浮空器蒙皮的承力层130，能够提高蒙皮的综合力学性能。
本实施例所提供的上述平流层浮空器蒙皮中，采用的第一阻气层120和第二阻气层140均具有气体阻隔性能。在一种优选的实施方式中，上述第一阻气层120为镀铝PET层。镀铝PET层除了具有较好的氦气阻隔性能外，镀铝PET层的铝膜还具有较高的光反射率。将其作为平流层浮空器蒙皮的第一阻气层120，除了能够提高蒙皮的气体阻隔性能，同时还能够在这一层将太阳能反射回去，防止太阳光对承力层130及第二阻气层140的影响，进而进一步提高蒙皮的耐候性。另外，铝具有较强的热传导性，可以将向光的一面所接收的太阳光的热量进行传导至整个蒙皮范围，使整个浮空器的蒙皮受热均匀，避免浮空器因局部受热造成的加速老化。上述镀铝PET层可以市购，也可以通过磁控溅射的方式进行镀铝制备，优选地，在镀铝之前，对PET表面进行电晕处理，以使铝膜更好地附着于PET层上。优选地，第二阻气层140为Tedlar薄膜层。Tedlar薄膜(聚氟乙烯薄膜)具有较高的气密性，更适宜作为蒙皮的第二阻气层140。
在利用蒙皮形成浮空器的囊体后，位于囊体内侧，作为气体阻隔的第一层屏障，有效防止气体泄漏；即使有少部分气体从第二阻气层140泄漏，在到达第一阻气层120也会被第一阻气层阻挡，因此，第二阻气层140与第一阻气层120的共同作用，由内而外形成了强大的气体阻隔屏障，极大地增加了囊体的气密性。
在一种优选的实施方式中，如图2所示，上述平流层浮空器蒙皮，其耐候层110与第一阻气层120之间还设置有第一胶层101；和/或第一阻气层120与承力层130之间还设置有第二胶层102；和/或承力层130与第二阻气层140之间还设置有第三胶层103；和/或第二阻气层140下方还设置有热封层104。
在各层之间设置胶层，能够进一步提高各层之间的粘结性能。在第二阻气层140下方设置热封层104，能够进一步提高蒙皮的气体阻隔性能。两方面的因素有利于进一步提高平流层浮空器蒙皮的综合性能。
浮空器在一种优选的实施方式中，第一胶层101为热塑性聚氨酯层；和/或第二胶层102为热塑性聚氨酯层；和/或第三胶层103为热塑性聚氨酯层；和/或热封层104为热塑性聚氨酯层。以热塑性聚氨酯层作为胶层和热封层，能够进一步提高平流层浮空器蒙皮的力学性能、耐候性能、气密性能等综合性能。
本发明所提供的上述平流层浮空器蒙皮中，本领域技术人员可以选择各层的具体厚度。在一种优选的实施方式中，耐候层110的厚度为10～30μm，第一阻气层120的厚度为15～35μm，承力层130的厚度为80～200μm，第二阻气层140的厚度为10～35μm。将各层的厚度控制在上述范围，能够在较低密度的前提下，使平流层浮空器蒙皮具有较高的综合性能。
另外，根据本发明的另一方面，还提供了一种平流层浮空器蒙皮的制备方法，其包括以下步骤：将耐候层、第一阻气层、承力层及第二阻气层依次叠放，热压形成平流层浮空器蒙皮。
本发明所提供的上述制备方法，所制备的平流层浮空器蒙皮中的耐候层为ETFE层。乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)的使用温度范围广，在零下65℃～150℃之间，其脆化温度更是低至零下100℃，并具有很好的耐辐射性能和较高的抗剪切强度。以ETFE层作为平流层浮空器蒙皮的耐候层，能够大幅提高平流层浮空器蒙皮的耐候性能。
在一种优选的实施方式中，上述将耐候层、第一阻气层、承力层、第二阻气层及热封层依次叠放的过程中，还包括以下步骤：在耐候层与第一阻气层之间放置第一胶层固态预备层，和/或在第一阻气层与承力层之间放置有第二胶层固态预备层，和/或在承力层与第二阻气层之间放置有第三胶层固态预备层，和/或且在第二阻气层下方放置热封层固态预备层，热压形成平流层浮空器蒙皮。
在一种优选的实施方式中，上述将耐候层、第一阻气层、承力层、第二阻气层及热封层依次叠放的步骤之前，还包括：在耐候层下表面涂覆第一胶层液态预备层，和/或在第一阻气层下表面涂覆第二胶层液态预备层，和/或在承力层下表面涂覆第三胶层液态预备层，和/或且在第二阻气层下方涂覆热封层液态预备层，热压形成平流层浮空器蒙皮。
以上为两种引入胶层和热封层的方法。其中第一种方法是先将固态的胶层铺在相应的位置，热压后实现各层粘结。第二种方法是预先在相应层上涂覆液态的胶层，然后经热压实现各层粘结。
根据本发明上述的教导，本领域技术人员可以选择具体的热压工艺。在一种优选的实施方式中，上述热压过程中，热压温度为80～180℃，热压压力为0.1～1mpa。将热压的温度和压力控制在上述范围，有利于进一步提高平流层浮空器蒙皮中各层之间的粘结强度。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1
将ETFE层、热塑性聚氨酯胶膜、镀铝PET层、热塑性聚氨酯胶膜、PBO织物层、热塑性聚氨酯胶膜、Tedlar薄膜层(杜邦公司生产)以及热塑性聚氨酯胶膜自下而上铺叠好，热压形成平流层浮空器蒙皮。其中，热压温度为80℃，压力为1mpa。
所形成的平流层浮空器蒙皮中，ETFE层的厚度为8μm，镀铝PET层的厚度为10μm，PBO织物层为80μm，Tedlar薄膜层的厚度为10μm。
实施例2
将ETFE层、热塑性聚氨酯胶膜、镀铝PET层、热塑性聚氨酯胶膜、PBO织物层、热塑性聚氨酯胶膜、Tedlar薄膜层(杜邦公司生产)以及热塑性聚氨酯胶膜自下而上铺叠好，热压形成平流层浮空器蒙皮。其中，热压温度为80℃，压力为1mpa。
所形成的平流层浮空器蒙皮中，ETFE层的厚度为30μm，镀铝PET层的厚度为15μm，PBO织物层为200μm，Tedlar薄膜层的厚度为10μm。
实施例3
将ETFE层、热塑性聚氨酯胶膜、镀铝PET层、热塑性聚氨酯胶膜、PBO织物层、热塑性聚氨酯胶膜、Tedlar薄膜层(杜邦公司生产)以及热塑性聚氨酯胶膜自下而上铺叠好，热压形成平流层浮空器蒙皮。其中，热压温度为180℃，压力为0.1mpa。
所形成的平流层浮空器蒙皮中，ETFE层的厚度为15μm，镀铝PET层的厚度为35μm，PBO织物层为80μm，Tedlar薄膜层的厚度为35μm。
实施例4
在ETFE层上表面、镀铝PET层上表面、PBO织物层上表面及Tedlar薄膜层上表面分别涂覆液态的热塑性聚氨酯胶液然后将涂覆好的四层自下而上铺叠好，热压形成平流层浮空器蒙皮。其中，热压温度为100℃，压力为0.8mpa。
所形成的平流层浮空器蒙皮中，ETFE层的厚度为15μm，镀铝PET层的厚度为35μm，PBO织物层为80μm，Tedlar薄膜层的厚度为35μm。
对实施例1至4中所制备的平流层浮空器蒙皮的耐候性进行表征测试：
表征方法：将实施例1至4中所制备的平流层浮空器蒙皮分别进行光加速老化试验、湿热交变试验、盐雾试验，其中各试验的条件和参考标准如表1所示。分别测量上述平流层浮空器蒙皮在每一种试验前与试验后的蒙皮的断裂强度，计算断裂强度剩余率，该结果见表2。
表1
表2
从以上的数据中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明实施例中所制备的平流层浮空器蒙皮，其经历长时间恶劣条件的光加速老化试验、湿热交变试验及盐雾试验后，断裂强度下降量很小。表明平流层浮空器蒙皮具有较高的耐候性。尤其是实施例2至4中，将蒙皮中各层的厚度控制在优选范围后，其具有更高的耐候性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种平流层浮空器蒙皮，其特征在于，所述平流层浮空器蒙皮依序包括耐候层(110)、第一阻气层(120)、承力层(130)及第二阻气层(140)；其中，所述耐候层(110)为ETFE层。
2.根据权利要求1所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，所述承力层(130)为PBO织物层。
3.根据权利要求1所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，所述第一阻气层(120)为镀铝PET层。
4.根据权利要求1所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，所述第二阻气层(140)为Tedlar薄膜层。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，所述耐候层(110)与所述第一阻气层(120)之间还设置有第一胶层(101)；和/或所述第一阻气层(120)与所述承力层(130)之间还设置有第二胶层(102)；和/或所述承力层(130)与所述第二阻气层(140)之间还设置有第三胶层(103)；和/或所述第二阻气层(140)下方还设置有热封层(104)。
6.根据权利要求5所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，
所述第一胶层(101)为热塑性聚氨酯层；和/或
所述第二胶层(102)为热塑性聚氨酯层；和/或
所述第三胶层(103)为热塑性聚氨酯层；和/或
所述热封层(104)为热塑性聚氨酯层。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，所述耐候层(110)的厚度为10～30μm，所述第一阻气层(120)的厚度为15～35μm，所述承力层(130)的厚度为80～200μm，所述第二阻气层(140)的厚度为10～35μm。
8.一种权利要求1至7中任一项所述的平流层浮空器蒙皮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将耐候层、第一阻气层、承力层及第二阻气层依次叠放，热压形成所述平流层浮空器蒙皮。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，将所述耐候层、所述第一阻气层、所述承力层、所述第二阻气层及所述热封层依次叠放的过程中，还包括以下步骤：
在所述耐候层与所述第一阻气层之间放置第一胶层固态预备层，和/或在所述第一阻气层与所述承力层之间放置有第二胶层固态预备层，和/或在所述承力层与所述第二阻气层之间放置有第三胶层固态预备层，和/或在所述第二阻气层下方放置热封层固态预备层，热压形成所述平流层浮空器蒙皮。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，将所述耐候层、所述第一阻气层、所述承力层、所述第二阻气层及所述热封层依次叠放的步骤之前，还包括：
在所述耐候层下表面涂覆第一胶层液态预备层，和/或在所述第一阻气层下表面涂覆第二胶层液态预备层，和/或在所述承力层下表面涂覆第三胶层液态预备层，和/或在所述第二阻气层下方涂覆热封层液态预备层，热压形成所述平流层浮空器蒙皮。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述热压过程中，热压温度为80～180℃，热压压力为0.1～1mpa。
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